في بناء الموانئ أو تطوير المناطق الساحلية أو مناطق التربة الرخوة، غالبًا ما يواجه المهندسون الجيوتقنيون معضلة رئيسية: اختيار أكوام خرسانية فعالة من حيث التكلفة أو الاستثمار في أكوام الأنابيب الفولاذية؟ للوهلة الأولى، تبدو الأكوام الخرسانية خياراً اقتصادياً، كما أن تكاليف المواد الأولية منخفضة. ومع ذلك، عندما يتم النظر في أضرار النقل، وعمليات التركيب المعقدة، ومخاطر الربط والتأخير المحتمل للمشروع، عادةً ما تكون الأكوام الخرسانية هي الخيار الأكثر تكلفة على المدى الطويل. تُجري هذه الورقة مقارنة متعمقة بين أكوام الأنابيب الفولاذية (أنابيب SSAW بشكل أساسي) والأكوام الخرسانية، وتركز على أدائها في هندسة حفر الأساسات العميقة، وتشرح لماذا تتوافق أنابيب SSAW مع ASTM A252 أصبحت المعايير الخيار الأول للمشاريع الهندسية واسعة النطاق وذات الطلب العالي.

1. حدود الأكوام الخرسانية في هندسة الأساسات العميقة

نظرًا لتكنولوجيا إنتاجها الناضجة وتكلفتها الأولية المنخفضة، فقد تم استخدام الركائز الخرسانية في هندسة الأساسات الضحلة لفترة طويلة. ومع ذلك، عندما يتم تطبيقها على الأساسات العميقة، وخاصة في البيئات المعقدة مثل التربة الرخوة أو المناطق البحرية، فإن خصائصها المتأصلة تكشف عن قيود واضحة.

  • طبيعة ثقيلة وهشة: تتميز الأكوام الخرسانية بوزن ذاتي مرتفع - عادةً ما يتراوح بين 2.4 و2.5 طن لكل متر مكعب - مما يجعل النقل والرفع في الموقع أمرًا بالغ الصعوبة. في المناطق النائية أو المناطق الساحلية ذات حركة المرور المتخلفة، يمكن أن تمثل تكلفة نقل الأكوام الخرسانية ذات الأقطار الكبيرة 301 تيرابايت إلى 401 تيرابايت من التكلفة الإجمالية للأكوام. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الخرسانة نفسها هشة للغاية؛ فأثناء القيادة، يمكن أن تؤدي قوى الصدمات بسهولة إلى التصدع أو حتى الكسر. تشير الإحصاءات إلى أنه أثناء التركيب في منطقة التربة الرخوة، يمكن أن يصل معدل تصدع الأكوام الخرسانية إلى 15% إلى 20%، مما يتطلب صيانة إضافية أو استبدال، مما يزيد من التكاليف ويؤخر فترة البناء.
  • تحديد العمق والربط غير الموثوق به: نظرًا لمحدودية الإنتاج والنقل، من الصعب تصنيع أكوام خرسانية بأطوال طويلة جدًا. عندما يتجاوز عمق الأساسات 50 مترًا، يجب ربط الخوازيق الخرسانية في الموقع. إن طرق الربط التقليدية، مثل ربط الشفة أو الربط بالحشو، جميعها لها عيوب متأصلة - من السهل أن تتآكل وصلات الشفة في البيئة الرطبة، كما أن قوة الترابط في الربط بالحشو غير متساوية، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة التحمل الكلية. وقد وجدت دراسة أجراها المعهد الأمريكي للخرسانة (ACI) أن كفاءة الربط في الربط بين الخوازيق الخرسانية انخفضت بمقدار 40% عندما يتجاوز العمق 80 مترًا، وزاد معدل فشل الربط بشكل كبير في ظل ظروف التحمل طويلة الأجل.

2. المزايا الأساسية لكومة الأنابيب الفولاذية (أنابيب الصلب SSAW)

أكوام الأنابيب الفولاذية، خاصة أنابيب SSAW (الأنابيب الحلزونية الملحومة بالقوس الحلزوني المغمورة)، تتغلب على قيود الركائز الخرسانية بخصائصها المادية الفائقة وتصميمها الهيكلي، وتُظهر مزايا لا تضاهى في هندسة حفر الأساسات العميقة.

2.1 Hقدرة تحمل عالية

يتمتع الفولاذ بقوة شد عالية (400-600 ميجا باسكال)، في حين أن الخرسانة لديها قوة شد لا تُذكر (هشة)، مما يجعل الفولاذ أفضل بكثير لمقاومة قوى الانحناء والقوى الجانبية. وهذا يعني أن كومة الأنابيب الفولاذية ذات القطر الأصغر يمكن أن تحصل على نفس قدرة التحمل أو أعلى من الكومة الخرسانية. على سبيل المثال، فإن أنابيب SSAW التي يبلغ قطرها 800 مم وسمك جدارها 16 مم يمكن أن تتحمل حمولة رأسية تصل إلى 2500 كيلو نيوتن، في حين أن الخوازيق الخرسانية بنفس القطر يمكن أن تتحمل أحمالًا تتراوح بين 800 إلى 1000 كيلو نيوتن فقط. إن قدرة التحمل العالية لأكوام الأنابيب الفولاذية تقلل من عدد الأكوام اللازمة للمشروع، مما يحسن من تخطيط الأساسات ويوفر مساحة البناء، وهي ميزة مهمة في المدن المكتظة بالسكان أو مناطق البناء البحرية.

2.2 Iر لديه إمكانات عمق غير محدودة للحام الموثوق به

على عكس الأكوام الخرسانية, خوازيق الأنابيب الفولاذية يمكن لحامها بسهولة في الموقع لتحقيق أي عمق مطلوب. تعتمد عملية لحام أنبوب SSAW على تقنية اللحام بالقوس المغمور لضمان أن يكون هيكل اللحام كثيفًا وقوته عالية، وتصل قوة اللحام إلى 95% - 100% من المعدن الأساسي. عند بناء أساسات بعمق 100 متر، يتم استخدام اثنين بطول 50 مترًا أنابيب SSAW يمكن لحام الأجزاء في الموقع، وتكون قوة الوصلة متوافقة تمامًا مع قوة الأنبوب الرئيسي، وبالتالي التخلص من مخاطر موثوقية الربط بين الركائز الخرسانية. هذه الميزة تجعل من كومة الأنابيب الفولاذية الحل الوحيد الممكن لهندسة الأساسات فائقة العمق التي يزيد طولها عن 150 مترًا.

2.3 Eأداء زلزالي ممتاز

يُظهر الفولاذ مرونة وليونة ممتازة، مما يسمح له بالانحناء دون أن ينكسر تحت الأحمال الزلزالية. في المناطق المعرضة للزلازل, خوازيق الأنابيب الفولاذية يمكن أن تمتص الطاقة الزلزالية وتبددها من خلال التشوه البلاستيكي، مما يحمي الهيكل العلوي من التلف. في زلزال بقوة 7 درجات أو أعلى، ينخفض معدل التلف الهيكلي لأكوام الأنابيب الفولاذية بمقدار 60% إلى 70% مقارنةً بالأكوام الخرسانية. هذا النوع من الأداء الزلزالي مهم جدًا لمشاريع البنية التحتية في مناطق الزلازل، مثل الجسور ومشاريع الدفاع الساحلي.

2.4 Eسرعة الإنشاءات السريعة

“الوقت من ذهب” في المشاريع الهندسية، و خوازيق الأنابيب الفولاذية تقصير فترة البناء بشكل كبير بفضل خصائصها الخفيفة الوزن وسهولة التركيب. يتميز أنبوب SSAW بوزن ذاتي يتراوح من 0.6 إلى 0.8 طن فقط لكل متر (لأنبوب قطره 800 مم)، وهو أقل بكثير من وزن الخوازيق الخرسانية، مما يقلل من متطلبات معدات الرفع ويحسن كفاءة الرفع. وبالإضافة إلى ذلك، تبلغ سرعة قيادة أكوام الأنابيب الفولاذية من 2 إلى 3 أضعاف سرعة قيادة الخوازيق الخرسانية. في المتوسط، يمكن تركيب 15 إلى 20 خوازيق أنابيب فولاذية كل يوم، بينما يمكن تركيب 5 إلى 8 خوازيق خرسانية فقط. وقد أظهرت حالة عملية في مدينة تشيكسي بالصين أن استخدام خوازيق الأنابيب الفولاذية بدلاً من الخوازيق الخرسانية التقليدية قلل من فترة بناء الدعم بمقدار 751 تيرابايت 3 تيرابايت ووفر ما يقرب من 11 مليون يوان من التكاليف.

3. لماذا تعتبر الأنابيب الفولاذية SSAW الخيار الأفضل لقيادة كومة الأنابيب الفولاذية؟

في مجال تكديس الأنابيب الفولاذية، عادةً ما يتم استخدام نوعين رئيسيين من الأنابيب: أنابيب SSAW و LSAW (أنابيب اللحام بالقوس المغمور الطولي). تتميز الأنابيب الملحومة بالقوس المغمور الطولي بمزايا في القوة المحورية، والأنابيب الملحومة بالقوس المغمور الطولي أكثر ملاءمة لهندسة الأساسات العميقة بسبب تصميمها الهيكلي الفريد وفعاليتها من حيث التكلفة.

3.1 Sصلابة الطوق السفلي من درزات اللحام الحلزونية

يعمل توزيع اللحام الحلزوني على تعزيز الثبات الهندسي للأنبوب ومقاومة انتشار الشقوق. تمكّن هذه الميزة الهيكلية أنابيب SSAW من تحمل ضغط جانبي أعلى من التربة أو المياه، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للمباني البحرية والجدران الاستنادية وغيرها من المشاريع ذات متطلبات الحمل الجانبي العالية.

3.2 Cالمزايا والامتثال القياسي

بالمقارنة مع الأنابيب الملحومة بالقوس المغمور الطولي، فإن تكلفة إنتاج الأنابيب الملحومة SSAW أقل من 20% إلى 25%. هذا بسبب أنابيب SSAW يتم تصنيعها من لفائف الصلب، والتي تتميز بمعدلات استخدام مواد أعلى (تصل إلى 95%) من ألواح الصلب المستخدمة في أنابيب LSAW (معدل استخدام المواد حوالي 80%). باﻹضافة إلى ذلك, أنابيب الصلب SSAW يتم إنتاجها في خطوط إنتاج السيارات، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 500,000 طن لكل خط واحد، مما يقلل من تكاليف الإنتاج.

إنتاج أنابيب SSAW لـ خوازيق الأنابيب الفولاذية يجب أن تتوافق مع معيار ASTM A252، الذي يحدد المتطلبات الفنية لأنابيب الصلب الملحومة للأساسات والتطبيقات الإنشائية الأخرى. تعتبر درجة ASTM A252 والدرجة 3 من ASTM هي الدرجات الأكثر استخدامًا في هندسة الأساسات العميقة: الحد الأدنى لمقاومة الخضوع للدرجة 2 هو 245 ميجا باسكال، وهي مناسبة للأساسات العميقة العامة؛ أما الدرجة 3 فلها حد أدنى لمقاومة الخضوع يبلغ 310 ميجا باسكال، مما يجعلها مناسبة لمشاريع الأساسات العميقة للغاية ذات الأحمال العالية. تضمن هذه الدرجات أن أنابيب SSAW تتمتع بخصائص ميكانيكية مستقرة ومقاومة للتآكل، مما يلبي المتطلبات الصارمة للمشاريع الهندسية واسعة النطاق.

4. مقارنة الأداء: خوازيق الأنابيب الفولاذية مقابل الخوازيق الخرسانية

أبعاد الأداء الخوازيق الخرسانية أكوام الأنابيب الفولاذية (أنابيب SSAW)
التكلفة التكلفة الأولية منخفضة، ولكن التكلفة الإجمالية مرتفعة (15% -20% أعلى من تكلفة أكوام الأنابيب الفولاذية في المشاريع العميقة) بسبب تكاليف النقل والصيانة والتأخير التكلفة الأولية مرتفعة، ولكن بسبب الكفاءة العالية والصيانة المنخفضة، تنخفض التكلفة الإجمالية للمشاريع العميقة بمقدار 20% -30%
سرعة التثبيت بطيئة: 5-8 أكوام في اليوم، تتأثر بالربط والوزن سريع: 15-20 كومة في اليوم، سهلة اللحام والرفع
إمكانات العمق محدود: أقصى عمق يمكن الاعتماد عليه هو 80 مترًا؛ بعد تجاوز 50 مترًا، يزداد خطر الربط بشكل كبير غير محدودة: يمكن لحامها على أي عمق (في الواقع، أكثر من 200 متر) والوصلة موثوقة
خطر التشقق عالية: 15% -20% معدل التشقق عند التركيب؛ الكسر الهش تحت الصدمة منخفضة: ليونة ممتازة، لا تتشقق تحت القيادة العادية؛ يمكن ثنيها دون أن تنكسر

5. Sسيناريوهات تطبيق كومة أنبوب SAW

ونظرًا لأدائها المتفوق، فإن أنابيب SSAW المطابقة لـ ASTM A252 يُستخدم المعيار على نطاق واسع في مختلف مشاريع الأساسات العميقة، خاصةً في البيئة المعقدة.

5.1 Mالهندسة المعمارية البحرية

في المشاريع البحرية مثل الأرصفة البحرية وحواجز الأمواج والمنصات البحرية، تتفوق خوازيق أنابيب SSAW في تحمل تآكل مياه البحر وتأثير الأمواج والضغط الجانبي. يتميز خط اللحام الحلزوني أنابيب SSAW يعزز قدرته على مقاومة أحمال المحيطات المتناوبة، ويمكن معالجة الفولاذ بطبقات مضادة للتآكل (مثل راتنجات الإيبوكسي) لإطالة عمره الافتراضي لأكثر من 50 عامًا.

بناء الأساسات البحرية من الأنابيب الفولاذية المنشارية.

 

5.2 Bمبنى ريدج

تحتاج الجسور العابرة للبحار والجسور طويلة الامتداد إلى أساسات عميقة وثابتة لدعم أحمال البنية الفوقية الضخمة. وتستخدم أكوام أنابيب SSAW على نطاق واسع في أرصفة الجسور بسبب قدرتها العالية على التحمل والأداء الزلزالي الجيد. ويستخدم جسر يوشانمن للسكك الحديدية والطرق السريعة، وهو جسر عالمي المستوى عبر البحر قيد الإنشاء في الصين، ما يلي خوازيق الأنابيب الفولاذية في بعض أقسام أساساته العميقة، مما يضمن ثبات أرصفة الجسر في مياه عمقها 60 مترًا وظروف جيولوجية معقدة.

5.3 Rالجدران الملصقة (الجدران المدمجة)

في بناء مترو الأنفاق الحضري، ودعم حفر الأساسات ومشاريع استصلاح السواحل, أنابيب SSAW غالبًا ما تُستخدم لبناء جدران مدمجة (جدران استنادية مدمجة) مع أكوام من ألواح الصلب. توفر الصلابة الطولية العالية لأنابيب SSAW دعمًا جانبيًا قويًا لمنع حفرة الأساس من الانهيار، كما يضمن التوصيل السلس بين الأنابيب إيقاف المياه بشكل فعال. لا يقلل هذا التطبيق من فترة البناء فحسب، بل يقلل أيضًا من التأثير على البيئة، مما يجعله مناسبًا لمتطلبات المباني الخضراء في المناطق الحضرية.

6. في كثير من الأحيان Aسكيد Qالأسئلة

س 1: ما هو العمر التشغيلي لأكوام أنابيب SSAW في البيئة البحرية؟

ج 1: يعتمد العمر التشغيلي لأكوام أنابيب SSAW على المعالجة المضادة للتآكل. مع طلاء الإيبوكسي والحماية الكاثودية ، فإن عمر خدمة ASTM A252 يمكن أن يصل عمر أنابيب SSAW في البيئة البحرية إلى 50 إلى 70 عامًا، وهو ما يعادل أو حتى أطول من عمر الأكوام الخرسانية مع تدابير مكافحة التآكل.

س 2: هل يمكن إعادة استخدام خوازيق أنابيب SSAW؟

ج 2: هذا صحيح. خوازيق الأنابيب الفولاذية ذات قابلية عالية لإعادة التدوير - بعد انتهاء العمر التشغيلي للأعمال المؤقتة (مثل الأرصفة المؤقتة ودعم حفرة الأساس)، يمكن سحب أنابيب SSAW وإصلاحها وإعادة استخدامها في مشاريع أخرى، مما يقلل من هدر الموارد وتكاليف المشروع.

Q 3: هل ASTM A252 المعيار الوحيد لأكوام أنابيب SSAW؟

A 3: ASTM A252 هي المواصفة القياسية الدولية المعترف بها على نطاق واسع لأكوام الأنابيب الفولاذية. بالإضافة إلى ذلك، هناك معايير إقليمية مثل EN 10219 في أوروبا وGB/T 9711 في الصين، ولكن ASTM A252 Grade 2/3 أصبح الخيار الأول للهندسة العالمية بسبب الرقابة الصارمة على الجودة وقابليته للتطبيق عالميًا.

7. الخاتمة

نظرًا لانخفاض التكلفة الأولية، لا تزال الخوازيق الخرسانية خيارًا مجديًا لمشاريع الأساسات الضحلة ومنخفضة الحمولة. ومع ذلك، بالنسبة لمشاريع الأساسات العميقة، خاصةً تلك الموجودة في البيئات المعقدة مثل التربة الرخوة أو المناطق البحرية أو المناطق الزلزالية، فإن خوازيق الأنابيب الفولاذية - مع أنابيب SSAW حيث أن أنبوب اللحام القوسي المغمور الطولي يتميز بمزايا لا مثيل لها في قدرة التحمل وإمكانات العمق ومقاومة الزلازل وكفاءة البناء. لا تتميز أنابيب SSAW المطابقة لمعيار ASTM A252 بأداء هيكلي موثوق به فحسب، بل تتميز أيضًا بمزايا من حيث التكلفة مقارنةً بأنابيب اللحام بالقوس المغمور الطولي، وهو أفضل حل للمشاريع الهندسية واسعة النطاق. توفر شركة Allland خوازيق ASTM A252 SSAW بقطر 3000 مم، والتي تغطي مواصفات الدرجة 2 والدرجة 3 لتلبية متطلبات المشروع المختلفة. اتصل بنا لتخصيص خوازيق الأنابيب الفولاذية الخطة.